package com.heima.datastructure.binarysearchtree;

/**
 * <strong>二叉搜索树普通版本</strong>
 * <ol>
 *     <li>之前接触的数据结构要查询一个元素的时间复杂度都是O(n)</li>
 *     <li>二分查找是O(log(n))但是需要排序</li>
 *     <li>而二叉搜索树可以将时间复杂度降到O(log(n))，前提是平衡的二叉搜索树</li>
 *     <li>二叉搜索树需要新增一个属性key关键字用于节点之间的比较，而且不能重复</li>
 *     <li>二叉搜索树的左子节点的key比父节点的key小 ，右子节点的key比父节点的key大，而且左子树的最大key不能大于父节点的key，右子树的最小key不能小于父节点的key</li>
 * </ol>
 * <strong>总之：1、搜索二叉树的key不能重复。2、左子树中所有key比根节点key小，右子树中所有key比根节点key大</strong>
 *
 * @author 勾新杰
 * @version 1.0
 * @date 2024/9/9 9:00
 */
// binary search tree
public class BSTTree1 {
    BSTNode root; // 根节点

    public BSTTree1() {
    }

    /**
     * 构造器初始化
     *
     * @param root 根节点
     */
    public BSTTree1(BSTNode root) {
        this.root = root;
    }

    /**
     * 节点类，当前包
     */
    public static class BSTNode {
        int key; // key，用于比较大小
        Object value; // 用于存放值
        BSTNode left; // 左子节点
        BSTNode right; // 右子节点

        public BSTNode(int key) {
            this.key = key;
        }

        public BSTNode(int key, Object value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }

        public BSTNode(int key, Object value, BSTNode left, BSTNode right) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.left = left;
            this.right = right;
        }
    }

    /**
     * 根据某个key找到对应的值
     *
     * @param key key关键字
     * @return 关键字对应的值
     */
    public Object get(int key) {
        // return doGet1(root,key);
        return doGet2(key);
    }

    /**
     * 查找最小关键字对应的值
     *
     * @return 关键字对应的值
     */
    public Object min() {
        // return doMin1(root);
        return doMin2();
    }

    /**
     * 查找最大关键字对应的值
     *
     * @return 关键字对应的值
     */
    public Object max() {
        // return doMax1(root);
        return doMax2();
    }

    /**
     * 存储关键字和对应的值
     *
     * @param key   关键字
     * @param value 值
     */
    public void put(int key, Object value) {
        // doPut1(key,value,root,null);
        doPut2(key, value);
    }

    /**
     * 查找关键字的前驱值（该关键字为根节点的树的左子树的最大值）
     *
     * @param key 关键字
     * @return 前驱值
     */
    public Object predecessor(int key) {
        BSTNode curr = root;
        BSTNode lastAncestorFromLeft = null;
        while (curr != null) {
            if (key < curr.key) {
                curr = curr.left;
            } else if (curr.key < key) {
                lastAncestorFromLeft = curr;
                curr = curr.right;
            } else {
                break;
            }
        }
        if (curr == null) {
            return null;
        }
        if (curr.left != null) {
            return doMax1(curr.left);
        }
        if (lastAncestorFromLeft == null) {
            return null;
        }
        return lastAncestorFromLeft.value;
    }

    /**
     * 查找关键字的后继值，（）该关键字为根节点的树的右子树的最小值
     *
     * @param key 关键字
     * @return 后继值
     */
    public Object successor(int key) {
        BSTNode curr = root;
        BSTNode lastAncestorFromRight = null;
        while (curr != null) {
            if (key < curr.key) {
                lastAncestorFromRight = curr;
                curr = curr.left;
            } else if (curr.key < key) {
                curr = curr.right;
            } else break;
        }
        if (curr == null) {
            return null;
        }
        if (curr.right != null) {
            return doMin1(curr.right);
        }
        if (lastAncestorFromRight == null) {
            return null;
        }
        return lastAncestorFromRight.value;
    }

    /**
     * 根据关键字删除节点
     *
     * @param key 关键字
     * @return 被删除的节点的值
     */
    public Object delete(int key) {
        BSTNode curr = root;
        BSTNode parent = null;
        while (curr != null) {
            if (key < curr.key) {
                parent = curr;
                curr = curr.left;
            } else if (curr.key < key) {
                parent = curr;
                curr = curr.right;
            } else {
                break;
            }
        }
        if (curr == null) {
            return null;
        }
        if (curr.left == null) {
            shift(parent, curr, curr.right);
        }
        if (curr.right == null) {
            shift(parent, curr, curr.left);
        }
        if (curr.left != null && curr.right != null) {
            BSTNode successor = curr.right;
            BSTNode sParent = null;
            while (successor.left != null) {
                sParent = successor;
                successor = successor.left;
            }
            if (curr.right != successor) {
                shift(sParent, successor, successor.right);
                successor.right = curr.right;
            }
            shift(parent, curr, successor);
            successor.left = curr.left;
        }
        return curr.value;
    }

    /**
     * 判断当前树和另一颗二叉搜索树是否一样
     *
     * @param tree 另外一棵
     * @return 一样返回true
     */
    public boolean isSame(BSTTree1 tree) {
        BSTNode root1 = this.root;
        BSTNode root2 = tree.root;
        return isSame(root1, root2);
    }

    private boolean isSame(BSTNode root1, BSTNode root2) {
        if (root1 == null && root2 == null) {
            return true;
        } else if (root1 == null || root2 == null) {
            return false;
        } else {
            if (root1.key == root2.key) {
                if (root1.value.equals(root2.value)) {
                    return isSame(root1.left, root2.left) && isSame(root1.right, root2.right);
                }
                return false;
            }
            return false;
        }
    }

    /**
     * 用递归的方式实现doGet
     *
     * @param root 树的根节点
     * @param key  关键字
     * @return 查找到的值
     */
    private Object doGet1(BSTNode root, int key) {
        // 递归结束条件：当前树为空
        if (root == null) {
            return null;
        }
        // key在右子树，则查找右子树的key
        if (root.key < key) {
            return doGet1(root.right, key);
        }
        // key在左子树，则查找左子树的key
        else if (key < root.key) {
            return doGet1(root.left, key);
        }
        // 当前树的根节点就是要查找的
        else {
            return root.value;
        }
    }

    /**
     * 用非递归的方式实现doGet
     *
     * @param key 关键字
     * @return 查找到的值
     */
    private Object doGet2(int key) {
        // 尾递归可以很太容易的转换成非递归
        BSTNode curr = root;
        while (curr != null) {
            if (key < curr.key) { // 在左子树
                curr = curr.left;
            } else if (curr.key < key) { // 在右子树
                curr = curr.right;
            } else {
                return curr.value; // 在根节点
            }
        }
        return null;
    }

    /**
     * 用递归方式实现doMin
     *
     * @param root 树的根节点
     * @return 最小值
     */
    private Object doMin1(BSTNode root) {
        // 特殊情况：root为空，会有空指针
        if (root == null) {
            return null;
        }
        // 递归结束条件：当前树没有左子树了
        if (root.left == null) {
            return root.value;
        }
        // 递的时候找左子树的最小值
        return doMin1(root.left);
        // 归的时候只用返回找到的最小值
    }

    /**
     * 用非递归方式实现doMin
     *
     * @return 最小值
     */
    private Object doMin2() {
        if (root == null) {
            return null;
        }
        BSTNode curr = root;
        while (curr.left != null) {
            curr = curr.left;
        }
        return curr.value;
    }

    /**
     * 用递归方式实现doMax
     *
     * @param root 树的根节点
     * @return 最大值
     */
    private Object doMax1(BSTNode root) {
        if (root == null) {
            return null;
        }
        // 递归结束条件：当前树没有右子树了
        if (root.right == null) {
            return root.value;
        }
        return doMax1(root.right);
    }

    /**
     * 用非递归方式实现doMax
     *
     * @return 最大值
     */
    private Object doMax2() {
        if (root == null) {
            return null;
        }
        BSTNode curr = root;
        while (curr.left != null) {
            curr = curr.right;
        }
        return curr.value;
    }

    /**
     * 用递归方式实现doPut1
     *
     * @param key    待添加二叉搜索树节点的key
     * @param value  待添加二叉树的节点的value
     * @param root   二叉搜索树的根节点
     * @param parent 上一次处理的根节点
     */
    private void doPut1(int key, Object value, BSTNode root, BSTNode parent) {
        // 特殊情况，root为null，会有空指针异常，让新增的节点作为root
        if (root == null && parent == null) {
            this.root = new BSTNode(key, value);
            return;
        }
        // 递归退出条件
        if (root == null) {
            if (key < parent.key) {
                // key应该在左边添加
                parent.left = new BSTNode(key, value);
                return;
            } else if (parent.key < key) {
                // key应该在右边添加
                parent.right = new BSTNode(key, value);
                return;
            } else {
                return; // 这种情况不可能发生，因为parent传进来肯定是null，防止编译器爆黄
            }
        }
        if (key < root.key) {
            // 新增的key value应在当前的左子树中添加或替换
            parent = root;
            doPut1(key, value, root.left, parent);
        } else if (root.key < key) {
            // 新增的key value应在当前的右子树中添加或替换
            parent = root;
            doPut1(key, value, root.right, parent);
        } else {
            // 在当前树中找到key了，就更新value值
            root.value = value;
        }
    }

    /**
     * 用非递归方式实现doPut2
     *
     * @param key   待添加二叉树节点的key
     * @param value 待添加二叉树节点的value
     */
    private void doPut2(int key, Object value) {
        // 根节点为null，直接添加就行
        if (root == null) {
            root = new BSTNode(key, value);
        }
        BSTNode curr = root;
        BSTNode parent = null;
        while (curr != null) {
            if (key < curr.key) {
                parent = curr;
                curr = curr.left;
            } else if (curr.key < key) {
                parent = curr;
                curr = curr.right;
            } else {
                // key在二叉搜索树中本来就存在
                curr.value = value;
                return;
            }
        }
        if (key < parent.key) {
            parent.left = new BSTNode(key, value);
        } else {
            parent.right = new BSTNode(key, value);
        }
    }

    /**
     * 托孤方法
     *
     * @param parent  被删除节点的父节点
     * @param deleted 被删除节点
     * @param child   顶上去的节点，不一定是被删除节点的子节点
     */
    private void shift(BSTNode parent, BSTNode deleted, BSTNode child) {
        if (parent == null) {
            root = child;
        } else if (parent.left == deleted) {
            parent.left = child;
        } else {
            parent.right = child;
        }
    }
}
